Научные достижения Д.И. Менделеева

ПЛАН

ВВЕДЕНИЕ 

1. ГЛАВНЫЙ ПРЕДМЕТ  МОИХ ЗАНЯТИЙ ЕСТЬ ФИЗИЧЕСКАЯ  ХИМИЯ»

2.ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ  НАУЧНЫХ ДОСТИЖЕНИЙ Д.И. МЕНДЕЛЕЕВА

2.1 Изучение упругости  газов

2.2 Химическая  теория растворов

2.3 Периодический  закон

2.4 «Основы химии»

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 

ВВЕДЕНИЕ

Менделеев Дмитрий  Иванович (годы жизни 1834 – 1907) - русский  химик, разносторонний ученый, педагог, прогрессивный общественный деятель. Открыл в 1869 году периодический закон  химических элементов – один из основных законов естествознания. Оставил  свыше 500 печатных трудов, среди которых  классический «Основы химии» - первое стройное изложение неорганической химии. Автор фундаментальных исследований по химии, химической технологии, физике, метрологии, воздухоплаванию, метеорологии, сельскому хозяйству, экономике, народному  просвещению, тесно связанных с  потребностями развития производительных сил в России. Заложил основы теории растворов, предложил промышленный способ фракционного разделения нефти, изобрел вид бездымного пороха, пропагандировал  использование минеральных удобрений, орошение засушливых земель. Один из инициаторов  создания Русского химического общества. Профессор Петербургского университета (1865-1890 гг.), ушел в отставку в знак протеста против притеснения студенчества. С 1876 года - член-корреспондент Петербургской  Академии Наук, в 1880 году выдвигался в  академики, но был забаллотирован, что  вызвало резкий общественный протест. Организатор и первый директор Главной  палаты мер и весов.[7]

Творчество Дмитрия  Ивановича Менделеева всегда будет  интересовать людей. «Феномен Менделеева»  будет еще долго изучаться  учеными разных специальностей –  представителями естественных наук, историками, экономистами, философами, педагогами, психологами. Исследователи  каждой эпохи всегда будут находить в жизни и творчестве Д.И. Менделеева новые, созвучные их времени моменты.

Имя Менделеева в истории мировой науки связано  с одним из величайших открытий в  области естествознания, однако работы ученого по открытию и разработке периодического закона составляют лишь небольшую часть его творческого  наследия.

Гений Менделеева прикасался к самым различным  областям знаний, оставив в каждой из них основательные и оригинальные труды, будь то физика, химия, метеорология, метрология, различные направления  техники (кораблестроение, воздухоплавание, пороходелие), отрасли развивающейся  русской промышленности и сельского  хозяйства (нефтяная и химическая, каменноугольная  и металлургическая и др.), экономика, просвещение, философия, социология.

Менделеев безусловно может рассматриваться как один из последних ученых-энциклопедистов, по широте своих интересов и колоссальному  количеству сделанного приближающийся к универсальным гениям эпохи  Возрождения.

Гениальный химик, первоклассный физик, плодотворный исследователь в области гидродинамики, метеорологии, геологии, в различных  отделах химической технологии (взрывчатые вещества, нефть, учение о топливе  и др.) и других сопредельных с  химией и физикой дисциплинах, глубокий знаток химической промышленности и  промышленности вообще, особенно русской, оригинальный мыслитель в области  учения о народном хозяйстве, государственный  ум, которому, к сожалению, не суждено  было стать государственным человеком, но который видел и понимал  задачи и будущность России лучше  представителей официальной власти.

Все разнообразные  части или направления его  духовного творчества при внимательном анализе оказываются не изолированными друг от друга и не случайными; чувствуется, что они связаны какими-то часто  незримыми нитями, составляя как  бы одно органическое целое.

Менделеев умел быть философом в химии, в физике и в других отраслях естествознания, которых ему приходилось касаться, и естествоиспытателем в проблемах  философии, политической экономии и  социологии. Он умел внести свет науки  в задачи чисто практического  характера и приблизить к жизни  теорию, находя для нее возможность  использования и различных приложений.[1]

менделеев физическая химия наука 

1.«ГЛАВНЫЙ ПРЕДМЕТ  МОИХ ЗАНЯТИЙ ЕСТЬ ФИЗИЧЕСКАЯ  ХИМИЯ»

Работы Менделеева в области общей, неорганической и физической химии занимают в  его творчестве особое место.

Анализ творческого  вклада Д.И. Менделеева в развитие химии  представляет собой комплексную  задачу, поскольку результаты научной  деятельности являются продуктом определенной исторической эпохи, с одной стороны, и индивидуально-психологических  особенностей личности – с другой.[5]

В 19 веке химия  только вставала на путь широкого применения в человеческой практике. Формировались  ее теоретические основы: атомно-молекулярное учение, теория строения органических соединений, периодический закон, учение о химическом процессе. Они позволили  разработать системы важнейших  понятий о составе, строении и  свойствах химических соединений, прежде всего органических.

Химия – наука  экспериментальная.

В начале 19 века Дэви открыл щелочные металлы, а Фарадей  – законы электролиза. Изучение газов  атмосферы дало толчок к созданию атомно-молекулярной теории, к открытию закона Авогадро.

Многочисленные  органические синтезы предшествовали созданию теории химического строения. Геометрическая кристаллография позволила  выявить законы симметрии в структуре  химических соединений и изоморфизма.

Работы по оптике и фотографии способствовали развитию представления об эмиссионных спектрах атомов химических элементов и фотохимических свойствах соединений. Они привели  к открытию спектрального анализа  и обнаружению на Солнце газа, не известного на Земле, - гелия, а также  открытию многих элементов в земной коре: рубидия, цезия, индия, таллия, галлия.

В 19 веке были проведены  многочисленные исследования свойств  химических элементов и образованных ими соединений. Изучались атомные  и молекулярные массы, объемы реагирующих  веществ, кристаллографические параметры, термохимические характеристики и  т.д.

Многие из них  были использованы для количественного  определения трудно выявляемого  химического сродства. Химиков давно  уже интересовало, почему изучаемые  вещества легко взаимодействовали  с одними и плохо – с другими.

Занимали эти  вопросы и Менделеева. Он не раз  подчеркивал, что вместо распространенной тогда в научном мире конкретной работы в области органического  синтеза надо стремиться к обобщающим работам: к познанию природы химического  процесса, к выяснению причин, влияющих на его ход.

Действительно, Менделеев не походил на многих химиков  его времени, замыкавшихся в узких  рамках научных исследований. Он был  преемником заветов М.В. Ломоносова: он в химии был физиком, стремился  химию сделать точной наукой, что  невозможно без применения физических приборов, без привлечения физических теорий, без использования математики. Он выступал также за широкое обсуждение назревших проблем, обоснованности программ исследований.

Вспомним, что  основные законы химии были открыты  с помощью точных измерений: закон  сохранения массы веществ и закон  постоянства состава – с помощью  взвешивания при изучении реакций. В разработке атомно-молекулярной теории важную роль сыграло изучение газов, и при этом пользовались измерением объемов. Вот что мы читаем в «Основах химии» Д.И. Менделеева: «Для верного  суждения необходимы признаки не только качественные, но и количественные, то есть измеримые. Когда некоторое  свойство подлежит измерению, оно перестает  носить характер произвольной субъективности и придает сравнению объективность».

Какие же научные  цели Менделеев ставил перед собой  и какие свойства веществ хотел  изучать?

Оказывается, он взялся за решение самой сложной  задачи современной ему химии  – задачи выяснения причин протекания химических реакций.

По мнению Д.И. Менделеева, получить ответ на поставленные вопросы можно, изучая физические свойства исходных и получающихся веществ: плотность, теплоемкость, удельный объем, молекулярную массу, оптические свойства, кристаллическую форму. Очень важным является также изучение тех изменений, которые сопровождают химический процесс: теплоты реакций, изменение объема.

Остановимся на некоторых примерах. Так, если осуществляется реакция соединения между двумя  жидкими веществами, то из-за сближения  частиц, происходящего при их взаимодействии, должен уменьшиться объем веществ.

Как правило, это  положение наблюдалось на практике, и очевиден вывод. Если взять эквивалентные  количества реагирующих веществ, то по изменению объема можно судить о глубине химического взаимодействия.

Важным звеном этой работы явилось изучение природы  жидкого и газообразного состояния. В результате в 1860 году Менделеев  открыл температуру абсолютного  кипения жидкостей.

Особое внимание жидкому состоянию Менделеев  уделял потому, что интересовался  реакциями, протекающими между жидкими  веществами, а также реакциями  в растворах. Они позволили Менделееву вскрыть динамику химического процесса.

Менделеев показал, что растворение нередко сопровождается химической реакцией между растворяемым веществом и растворителем. При  этом происходит образование соединений, которые находятся в равновесии с продуктами их диссоциации и  ассоциации.

В своем отчете о работах 1859-1860 годов Менделеев  писал: «Главный предмет моих занятий  есть физическая химия».

В конце 19 – начале 20 веков именно эта область знания начала занимать центральное место  в химической науке, что связано  с повышением роли химической технологии в развитии промышленности и производительных сил общества.

Таким образом, от физико-химических исследований Менделеева лежит прямая дорога, с одной стороны, к изучению разнообразных вопросов строения материи, а с другой –  к целому ряду проблем, имеющих прикладной характер.[3]

Большую известность  получила докторская диссертация Д.И. Менделеева «О соединении спирта с  водой и понимание растворов  как ассоциаций». Разработанная  Д.И. Менделеевым гидратная теория растворов имеет значение для  науки и в наше время.

Органически сочетая  теорию с практикой, Д.И.Менделеев  много внимания уделял вопросам технологии нефти. Он предлагал всемерно увеличивать  добычу нефти и совершенствовать ее химическую переработку.[6] 

2. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ  НАУЧНЫХ ДОСТИЖЕНИЙ Д.И. МЕНДЕЛЕЕВА

Д.И. Менделеев  писал, что есть четыре предмета, составивших  его имя: три научных открытия (периодический закон, химическая теория растворов и изучение упругости  газов), а также «Основы химии» - учебник-монография, равного которому, пожалуй, нет в истории химической литературы.

2.1  Изучение упругости газов

В свое время  Исаак Ньютон подчеркивал эстафетный характер развития науки, а именно тот  факт, что каким неожиданным ни является каждое новое открытие, оно  рождается на базе других крупных  открытий, сделанных ранее.

«…Так как науки, подобные химии, обращаются как с  идеями, так и с природными явлениями  и веществами, - писал Д.И.Менделеев, - то они приучают понимать, что прошлые  мысли и труды уже дали многое, без чего невозможно идти в «океан неизвестного», и в то же время  прямо дают возможность узнавать новые части этого неизвестного».

В своих трудах Менделеев часто ссылался на работы великого французского ученого А. Лавуазье (1743-1794 гг.), считая его «основателем современной научной химии». Говоря об открытии кислорода, Менделеев отмечал, что хотя кислород как отдельный  газ был получен учеными до Лавуазье, только он совершенно понял  его природу и большое значение.

В конце 18 века были открыты газы, составляющие воздух. Изучение объемов реагирующих газов  позволило получить наиболее общие  и строгие законы, относящиеся  к учению о составе и строении веществ. Распад веществ на отдельные  молекулы приводит к тому, что некоторые  свойства становятся общими для многих веществ независимо от их индивидуальной природы. Например: 22,4л – таков  объем моля любого газа при нормальных условиях. Это впервые показал  Д.И. Менделеев. Другой пример: воздух как  смесь газов. Несмотря на различную  молекулярную массу газов, эта смесь  имеет практически постоянный состав (закон парциальных давлений Дальтона).

Растворимость газов в воде, согласно закону Генри, также установленному в 19 веке, пропорциональна  парциальному давлению растворяемых газов. При изучении состава соединений важную роль играли определения атомных  и молекулярных масс, которые производились  на основе атомной теории Дальтона и молекулярной теории Авогадро. Здесь  были свои трудности. Сложность всей работы, которую вели химики в течение  длительного времени, по изучению свойств  веществ, разработке методов получения  новых соединений или извлечения из природных объектов, состояла в  том, что не были известны причины  «химического сродства», скрытые микроскопические пружины, приводящие атомы во взаимодействие и к разрушению одних соединений и образованию других.